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摘 要：應用PLC工業遠程安全通訊技術，基於工業現場總線技術、Internetwangluochuanshujishuhemichianquantongxunjishu，tongguogongyeyuanchenganquantongxunmokuai，jiangfenbuzaichengshigegeweizhidepaishuibengzhanhechengshibengzhanpaishuitiaoduzhongxinxitong，lianjieweitongyidechengshipaishuibengzhanyunxingbaozhangzhongxinxitong，yipaishuisheshidilixinxixitongweishuniu，zhubushixianduiwushuishouji、處理、回用的係統化、現代化管理，全力確保汙水處理係統的安全運行，特別是日常巡視、雨季防汛工作，並利用先進的排水管道檢查維護設備對排水管網實施現代化管理。本文通過對城市排水泵站信息化發展現狀、前景和需求分析，介紹基於工業遠程安全通訊建立的起現代化城市排水泵站運行保障中心。
關鍵詞：泵站排水 運行保障 PLC遠程通訊 工業網絡
Abstract: In this paper, the PLC industrial remote security communications technology, is based on the industrial fieldbus technology, Internet network transmission technology and key secure communications technology. By using SY Automation remote secure communication module called the SY-RSCM series, will centralize drainage pump stations built in various locations of the city's and city pumping station drainage system dispatch center, into the unified urban drainage pumping station operation center, dealing the drainage facilities geographic information systems as the hub, achieve the sewage collection, treatment, systematic reuse and modern management step by step, do the best to ensure the security operation of the sewage treatment system, especially the routine inspections and the rainy season flood prevention work. At the same time, we use the advanced drainage pipes checks implementation equipment to manage the drainage network maintenance in a modern way. Through anglicizing urban drainage pumping station information technology development status, prospects and needs, this article introduces the modern urban drainage pumping station security operation center witch is based on the SY industrial remote secure communication.
【中圖分類號】TV675 【文獻標識碼】B 文章編號1606-5123（2012）11-0000-00
1引言
排水泵站的主要組成部分是泵房和集水池，泵房中設置由水泵和動力設備組成的機組。動力設備通常是電動機（如圖1所示），設(she)有(you)配(pei)電(dian)盤(pan)。泵(beng)房(fang)頂(ding)部(bu)設(she)起(qi)重(zhong)設(she)備(bei)，供(gong)安(an)裝(zhuang)和(he)檢(jian)修(xiu)時(shi)起(qi)吊(diao)機(ji)組(zu)之(zhi)用(yong)。集(ji)水(shui)池(chi)中(zhong)設(she)置(zhi)機(ji)械(xie)或(huo)人(ren)工(gong)清(qing)除(chu)垃(la)圾(ji)的(de)格(ge)柵(zha)，攔(lan)擋(dang)粗(cu)大(da)的(de)和(he)容(rong)易(yi)截(jie)住(zhu)的(de)懸(xuan)浮(fu)物(wu)，以(yi)防(fang)水(shui)泵(beng)阻(zu)塞(sai)。集(ji)水(shui)池(chi)有(you)一(yi)定(ding)的(de)儲(chu)水(shui)容(rong)積(ji)以(yi)利(li)水(shui)泵(beng)的(de)啟(qi)動(dong)。泵(beng)房(fang)和(he)集(ji)水(shui)池(chi)通(tong)常(chang)建(jian)在(zai)一(yi)起(qi)；當集水池深度較大、地質條件又差、隻宜采用豎井式構造時，也有分建的。為了便於檢修及運轉，大多數泵站設有檢修閘門及岔道閘門。大型泵站常附設變電間和值班室。
圖1 排水泵站示意圖
按照廢水的性質，排水泵站有汙水泵站、雨(yu)水(shui)泵(beng)站(zhan)和(he)合(he)流(liu)泵(beng)站(zhan)之(zhi)分(fen)。汙(wu)水(shui)泵(beng)站(zhan)常(chang)采(cai)用(yong)離(li)心(xin)式(shi)汙(wu)水(shui)泵(beng)。雨(yu)水(shui)泵(beng)站(zhan)常(chang)采(cai)用(yong)軸(zhou)流(liu)泵(beng)。合(he)流(liu)泵(beng)站(zhan)配(pei)泵(beng)時(shi)要(yao)顧(gu)及(ji)雨(yu)天(tian)流(liu)量(liang)和(he)晴(qing)天(tian)流(liu)量(liang)的(de)巨(ju)大(da)變(bian)化(hua)，可(ke)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)及(ji)不(bu)同(tong)流(liu)量(liang)的(de)泵(beng)組(zu)組(zu)合(he)以(yi)利(li)運(yun)轉(zhuan)，但(dan)泵(beng)組(zu)的(de)品(pin)種(zhong)宜(yi)少(shao)些(xie)。當(dang)地(di)麵(mian)較(jiao)寬(kuan)暢(chang)時(shi)，也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)螺(luo)旋(xuan)泵(beng)。螺(luo)旋(xuan)泵(beng)效(xiao)率(lv)較(jiao)高(gao)、能耗較少、不易阻塞、易於維修，宜用於揚水量較大、揚程較小的場合。小流量的泵房一般采用自動操作，大流量泵房則采用自動或兼用人工操作。
排(pai)水(shui)泵(beng)站(zhan)必(bi)須(xu)及(ji)時(shi)把(ba)水(shui)送(song)走(zou)。應(ying)有(you)備(bei)用(yong)電(dian)源(yuan)和(he)備(bei)用(yong)機(ji)組(zu)。雨(yu)水(shui)泵(beng)站(zhan)不(bu)經(jing)常(chang)啟(qi)用(yong)，一(yi)般(ban)可(ke)以(yi)不(bu)設(she)備(bei)用(yong)泵(beng)。但(dan)平(ping)坦(tan)而(er)易(yi)積(ji)水(shui)地(di)區(qu)的(de)雨(yu)水(shui)泵(beng)房(fang)中(zhong)的(de)水(shui)泵(beng)配(pei)置(zhi)，其(qi)總(zong)容(rong)量(liang)可(ke)較(jiao)設(she)計(ji)頻(pin)率(lv)流(liu)量(liang)大(da)20～30％，以利地區積水時，加快積水的排出。汙水泵站需設事故排出口時，應取得當地衛生主管部門的同意。
2SCADA係統架構
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)係統，即數據采集與監視控製係統，是以計算機為基礎的遠程自動化監控係統。SCADA組要用於解決包括工業廠區與城市以及城際地理分布的遠程數據采集與監視控製以及過程控製等諸多領域。
2.1遠程通訊需求
實現排水、井群、擋潮、排澇、引水等項目，泵站設備的自動化監控，集中調度管理，實時采集各種水情、工情數據是信息化建設的基礎。
目前，我國正在運行的泵站多為20世紀六、七十年代建設，因受當時技術、資金、shebeitiaojiandexianzhi，dabufenbengzhanshebeihaishicaiyongchuantongrengongwanchengdeguanlihecaozuofangshi，changnianlaohuashixiu，jiashangweihugongchengshirenyuanduanque，zhengtisuzhipiandi，zhishibengzhanshebeinenghaozhunianshenggao，paiguanxiaoyiruijian，wufabaozhanggoujianshehuizhuyihexieshehuideshehuijingjifazhanxuqiu。zhexiewentiyijingyinqizhongyanghedifanggejizhengfudegaoduzhongshi，bengzhandejianshehedaguimodegengxingaizaoyijingjinruxindelishishiqi。
為進一步提升泵站設備自動化設施水平，在泵站的建設和改造中，廣泛的使用了可編程控製器PLC、工業控製計算機IPC、人機界麵HMI和工業現場總線等工業自動化產品。但在泵站設備的組網過程中，通訊線路的建設還停留在鋪設專用通訊線纜或采用GPRS無線通訊技術的水平。
鋪設專用通訊線纜的缺點在於建造成本高、耗能高、耗時長，且在很多特殊環境下無法進行通訊線纜的建設，這些製約著泵站建設和自動化的水平。GPRS無線通訊技術數據傳輸量也小、響應遲鈍，無法滿足實時控製，視頻監控，在線進行程序上下載和診斷等需求。
2.2排水泵站信息化困境
(1)目前應用係統多為信息查詢服務，而且數據不全麵，缺乏針對城市排水、hedaoshuiliudekeshihuaguanlihetiaodudezhuanyexinxixitong，wufashixianweijixitongyujingjizhi，tongguoduikongzhixitongshujushishicaijijinxingfenxichuli，panduanxitongyunxingqingkuang，jiluxitongshishishuju。dangxitonggenjucaijishujufenxipanduanshebeiguzhangshi，kongzhiqizidongyunxingbaohuchengxu，fachushengguangbaojingxinhaobingshengchengbaobiao，bingtongguoyuanchenganquantongxunxitongchuanshuzhiyuanfangzhongkongxitong。dangjishurenyuanpaichuxianchangshebeiguzhanghou，kongzhiqigenjucaozuorenyuancaozuoxinhao，zidonghuifuxitongyunxing。muqianxianjindekongzhixitongkeyigenjuxitongguzhangjibiehefenlei，jiangguzhangxinxifenleifasongdaogegebumen。
預yu警jing的de重zhong大da作zuo用yong在zai於yu遠yuan程cheng中zhong控kong這zhe邊bian的de不bu斷duan完wan善shan的de智zhi能neng分fen析xi係xi統tong，對dui現xian場chang的de港gang機ji設she備bei的de重zhong要yao參can數shu進jin行xing采cai集ji之zhi後hou，可ke以yi通tong過guo智zhi能neng算suan法fa和he經jing驗yan進jin行xing分fen析xi，對dui係xi統tong的de安an全quan隱yin患huan等deng進jin行xing預yu警jing，及ji時shi修xiu複fu，避bi免mian安an全quan隱yin患huan成cheng為wei嚴yan重zhong的de安an全quan事shi故gu；
(2)監測站、點數量不足，且布設不能滿足日常及防汛調度實際需求，對於容易發生及曾經發生汛期積水事件的河道、排水泵站、管網等設施尚無及時準確的監控手段，同時缺少應急便攜式監測設備。控製係統包含了上位機、PLC、工程型變頻器，發生故障的時候，核心的不僅僅是中小型設備上的PLC，診斷需要綜合性的進行，包括上位機、PLC、gongchengxingbianpinqi，erzhexiexitongsuocaiyongdeshangweijigongjuruanjiandoushibutongde，daishanggongjudaolexianchang，keyijinxingzhenduan，danfashengguzhangshi，ruguoyaodengyuanfangdeweihugongchengshidaoxianchang，shijianyuejiu，jiangkenengdailaiwupinanquanherenshenanquanshigudekenengxingyueda，suoyijinxingyuanchengzhenduanheweihudexuqiuxingtebiejinpo。eryuanchengzhenduan，yidingyaohedaoxianchangdegongchengshisuonengzuodeyiyang，rushenrudaoPLC程序在線，變頻器參數顯示和控製，上位機的實時組態和診斷。
(3)雖然部分排水泵站管理單位已實現了對部分數據的自動采集、存儲，但由於有些係統建設時間較長、數據分散、技術水平及標準不統一，各係統獨立運行，數據未實現共享，不能為上層應用係統提供有力的服務支撐。
3排水泵站運行保障中心硬件設計
遠程安全通訊係統，針對排水泵站現場的設備，為了達到工程師在遠程運行保障中心即可實現到現場的程序實時在線診斷、實時觀察現場動作的需求，係統SCADA拓撲圖如圖2所示。
圖2 係統SCADA拓撲
排水泵站現場的控製設備，可以通過有線或者站點的WIFI覆蓋係統上到Internet公網，也可以是單獨上3G網絡，通過無線上網的方式，連接到運行保障中心。
中大型的運行保障中心工程的裝備配置舉例如表1所示：
表1 裝備配置舉例表
現場端如果是通過3G上網，連接的是具有Profinet工業總線的西門子S7-300PLC係列大型PLC工業自動化平台，則需要如下配置如表2所示：
表2 所需配置表
不同的配置，對於排水泵站，可以同時連接不同數量的站點進行實時在線診斷、預警、維護、升級等工作，關鍵點是實現對可編程控製器的程序級訪問，上下載程序、在zai線xian診zhen斷duan都dou不bu再zai是shi困kun擾rao難nan題ti，最zui大da化hua的de節jie省sheng每mei一yi次ci故gu障zhang或huo者zhe調tiao試shi需xu要yao團tuan隊dui去qu現xian場chang的de大da量liang成cheng本ben，實shi現xian當dang下xia的de信xin息xi化hua，真zhen正zheng實shi現xian物wu聯lian網wang的de智zhi能neng化hua、網絡化，實現數據存儲由遠端中央服務器執行的雲計算化，將傳統的工控和IT互聯網真正的工業化和信息化的融合。
4排水泵站運行保障中心軟件設計
4.1原理設計
在該安全通訊係統中，軟硬件設計，實現了工業協議進行解析、加密和路由、交換、防火牆等功能，通過公網傳輸的時候，采用的S-Link協議，是專用於傳輸工業數據的一個穩定、安全的私鑰協議。在運行保障中心，通過SY-RSCM進行核對和驗證，再進行準確的安全的解包，傳遞給目標對象。
4.2安全設計
通過該係統，實現的是針對排水泵站設備的全應用周期的遠程管理：安裝、預警、調試、故障診斷、升級，並且注重信息通訊過程中的安全性，體現在以下4個方麵：
(1)遠yuan程cheng安an全quan通tong訊xun模mo塊kuai的de應ying用yong，不bu僅jin實shi現xian了le工gong業ye數shu據ju從cong局ju域yu網wang向xiang廣guang域yu網wang的de擴kuo充chong，並bing且qie其qi自zi帶dai硬ying件jian防fang火huo牆qiang功gong能neng。它ta可ke對dui每mei一yi層ceng的de數shu據ju包bao進jin行xing檢jian查zha和he監jian控kong，實shi現xian內nei容rong過guo濾lv，入ru侵qin偵zhen測ce，入ru侵qin保bao護hu等deng功gong能neng。並bing可ke對dui工gong業ye數shu據ju進jin行xingS-link協議的轉換。
(2)遠yuan程cheng安an全quan通tong訊xun模mo塊kuai還hai帶dai有you身shen份fen認ren證zheng技ji術shu，可ke實shi現xian設she備bei認ren證zheng和he使shi用yong者zhe認ren證zheng，使shi得de工gong業ye數shu據ju隻zhi能neng在zai經jing過guo了le認ren證zheng的de模mo塊kuai直zhi接jie傳chuan輸shu，以yi及ji有you認ren證zheng許xu可ke的de操cao作zuo人ren員yuan進jin行xing數shu據ju讀du取qu等deng。
(3)工業數據在Internet中傳輸過程中，采用S-Link協xie議yi。這zhe種zhong協xie議yi是shi專zhuan針zhen對dui工gong業ye數shu據ju廣guang域yu網wang傳chuan輸shu所suo開kai發fa的de。它ta是shi基ji於yu標biao準zhun協xie議yi的de不bu通tong用yong性xing，以yi及ji工gong業ye現xian場chang總zong線xian的de特te殊shu要yao求qiu，以yi協xie議yi轉zhuan換huan準zhun確que和he安an全quan性xing為wei首shou要yao目mu標biao的de一yi種zhong非fei公gong開kai密mi鑰yao方fang式shi的de專zhuan用yong協xie議yi，采cai用yong了leRSA算法，密鑰最高為1536位加密非對稱密鑰，公鑰和私鑰結合使用的方式進行加密。S-link協議的應用確保了工業數據廣域網傳輸的機密性，真實性和完整性。
(4)整個係統采用了虛擬局域網VLAN技術，各個設備在邏輯上劃分到了一個局域網中，滿足了工業數據傳輸的實時性要求。同時，限製了工業數據隻能在同一VLAN中傳輸，防止了數據在Internet上的廣播，提高了工業數據傳輸的安全性。
5基於賽遠安全通訊體係的SCADA泵站
5.1賽遠遠程安全通訊係統
賽遠工業遠程安全通訊，完全是自主創新的通訊係統，不同於市麵上的MODEM撥號、GPRS等低速連接係統，不同於現場需要電腦進行遠程桌麵的方式，不同於固定IP查找對方的方式，具有如下顯著的特點：
(1)工程師實時分鍾級的響應，實時運行保障。
(2)全球internet覆蓋支持，支持ADSL，VDSL，3G等方式。
(3)支持各種工業以太網協議，如Profinet，Ethercat，Ethernet/IP，MODBUS TCP。
(4)現場視頻和工業數據一起傳輸。
(5)PLC程序級控製，數據OPC采集。
(6)數據實時雙向傳輸。
(7)架設和配置簡單，高效。
(8)最新的賽遠專利安全通訊技術，數據安全和穩定。
(9)兩端均不需要固定IP，數據直接點對點連接，無需經過第三方服務器。
(10)一次性投入，無後續產品服務費用。
(11)支持數據雙通道軟硬件冗餘。
(12)數據安全加密最高1536位S-Link加密。
(13)通信安全認證方式：支持指紋認證、短信認證、USB KEY認證、U-KEY認證；CA認證、國密辦認證體係、動態令牌認證、X.509數字證書認證。
(14)密碼保護措施：采用密碼強度檢測、周期性更換密碼要求、防暴力破解策略、賬號鎖定解鎖功能、管理員密碼權限設置、軟鍵盤、圖形驗證碼等輸入驗證方式。
支持Pad、智能手機、筆記本、上網本等等設備遠程查看、修改等操作。
5.2賽遠運行保障中心功能
(1)數據監測功能：各泵站每台排水泵啟停狀態、保護狀態、電流、電壓等，凡是能集中到可編程控製器中的信息，均可監測。
(2)遠程控製功能：控製各泵站每台排水泵、格柵機的啟停工作， 遠程切換各泵站每台排水泵的控製模式等，凡是接在可編程控製器外圍的設備，均可遠程啟停控製。
(3)報警功能：在服務器中，定時存儲各種監測數據、事件報警信息、實時監測數據等數據通訊回到運行中心，則可以建立各項參數預警保障機製，如對汙水池液位超過警戒水位告警、有害氣體超標告警等。同時支持各類信息查詢，可以將監測數據、報警數據生成報表，數據可以導出，支持打印輸出。
(4)視頻監視：通過現場工業以太網將視頻傳輸至信息中心，實現實時監視、視頻數據存儲，回放。並可遠程控製攝像機視野，更加人性化。
監控界麵：實時監測數據與視頻在同一界麵上顯示，可以同屏監測多個泵站視頻和數據，也可以切換成單個泵站的視頻和數據顯示。
(5)權限管理：對不同的操作使用者授予不同的使用權限。
(6)開放：可以任意增加、減少所監控的泵站數量。預留與其他係統的通訊接口。
6結束語
基於PLC、上位機、bianpinqidengshebeizuchengdepaishuibengzhankongzhihechuandonggongyewangluoxitong，henhaodemanzulepaishuibengzhandezhengtijiankonghezhinenghuadexuqiu。saiyuandejuyouzuixinzhuanligongyeanquantongxunjishudegongyeyuanchengxitong，shixianlepaishuibengzhandeyuanchengcaijiyujizhongjiankonggongneng，dadajiangdiletiaokong、維護、預警成本，並通過該係統建立了排水泵站的全生命周期管理係統，在21世紀，從過去的排水泵站信息孤島，轉型為信息聯網和集控，是一個信息化、智能化、網絡化、雲計算化帶來的巨大轉變，目前該係統隨著城市排水泵站的配套，在國內外均運行效果良好。
參考文獻
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